Το Chaotic Young Star System κρατά το κλειδί για το σχηματισμό του πλανήτη

Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που εμπόδισαν την κατανόησή μας για το σχηματισμό πλανητών ήταν η έλλειψη άμεσων μετρήσεων της μάζας των πρωτοπλανητικών δίσκων που σχηματίζουν πλανήτες. Τώρα, μετρώντας με επιτυχία τη μάζα ενός μοναδικού πρωτοπλανητικού δίσκου για πρώτη φορά, οι αστρονόμοι επιβεβαίωσαν ότι οι βαρυτικές αστάθειες διαδραματίζουν βασικό ρόλο στο σχηματισμό των πλανητών.

Η ομάδα αστρονόμων, με επικεφαλής την Teresa Paneque-Carreño, φοιτήτρια διδάκτορα στο Πανεπιστήμιο του Leiden και στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO), χρησιμοποίησε δεδομένα ταχύτητας αερίου που συλλέχθηκαν χρησιμοποιώντας τη συστοιχία Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) να κάνει παρατηρήσεις του νεαρού αστέρα Elias 2-27 που περιβάλλεται από έναν δίσκο αερίου και σκόνης με μερικά εξαιρετικά χαρακτηριστικά.

Το αστέρι που βρίσκεται λίγο λιγότερο από 400 έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό Ophiuchus υπήρξε δημοφιλής στόχος για έρευνα από αστρονόμους για τουλάχιστον πέντε δεκαετίες, κάτι που απέδωσε το 2016 με την ανακάλυψη ότι το νεαρό αστέρι περιβάλλεται από έναν δίσκο αερίου και σκόνης. Αυτή είναι η πρώτη φορά, ωστόσο, που πραγματοποιείται μια τέτοια μέτρηση μάζας και επιβεβαιώνονται βαρυτικές αστάθειες.

«Το πώς ακριβώς σχηματίζονται οι πλανήτες είναι ένα από τα κύρια ερωτήματα στον τομέα μας. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένοι βασικοί μηχανισμοί που πιστεύουμε ότι μπορούν να επιταχύνουν τη διαδικασία σχηματισμού πλανητών», εξηγεί ο Paneque-Carreño. «Βρήκαμε άμεσες ενδείξεις για βαρυτικές αστάθειες στο Elias 2-27, το οποίο είναι πολύ συναρπαστικό γιατί αυτή είναι η πρώτη φορά που μπορούμε να δείξουμε κινηματικές και πολλαπλών μήκων κύματος απόδειξη ότι ένα σύστημα είναι βαρυτικά ασταθές.

Ο Paneque-Carreño είναι ο πρώτος συγγραφέας μιας από τις δύο εργασίες που περιγράφουν λεπτομερώς τα ευρήματα της ομάδας –τα οποία δίνουν στους αστρονόμους το κλειδί για να ξεκλειδώσουν το μυστήριο του σχηματισμού πλανητών– που δημοσιεύτηκε στην τελευταία έκδοση του The Astrophysical Journal.

Τι κάνει το Elias 2-27 το ιδανικό σύστημα για τη διάρρηξη του σχηματισμού του πλανήτη Μυστήριο;

Οι ερευνητές γνώριζαν εδώ και αρκετό καιρό ότι οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι αερίου και σκόνης που περιβάλλουν νεαρά αστέρια είναι θέσεις σχηματισμού πλανητών και σίγουρα δεν έχουμε έλλειψη μελετών τέτοιων δομών. Όμως, παρά το γεγονός ότι έχουμε αυτή τη γνώση και έναν πλούτο δεδομένων παρατήρησης, η ακριβής διαδικασία που οδηγεί στη γέννηση ενός πλανήτη παρέμεινε ένα παζλ.

Ευτυχώς, ενδεικτικά στοιχεία βαρυτικής αστάθειας γύρω από το Elias 2-27 το κατέστησαν ιδανικό αστέρι για αστρονόμους προκειμένου να διεξαγάγουν μια ενδελεχή έρευνα του σχηματισμού πλανητών.

«Ανακαλύψαμε το 2016 ότι ο δίσκος Elias 2-27 είχε διαφορετική δομή από άλλα ήδη μελετημένα συστήματα, κάτι που δεν είχε παρατηρηθεί σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο πριν:δύο μεγάλης κλίμακας σπειροειδείς βραχίονες», παρατηρεί η κύρια ερευνήτρια Laura Pérez, Επίκουρη Καθηγήτρια στο Universidad de Chile. "Οι βαρυτικές αστάθειες ήταν μια ισχυρή πιθανότητα, αλλά η προέλευση αυτών των δομών παρέμενε ένα μυστήριο και χρειαζόμασταν περαιτέρω παρατηρήσεις." Έρημος της βόρειας Χιλής – θα πρέπει να εκπαιδευτείτε στη σπείρα αερίου και σκόνης που περιβάλλει αυτό το νεαρό αστέρι.

Αυτή η περαιτέρω μελέτη αποκάλυψε ότι όχι μόνο ο Elias 2-27 διαθέτει έναν πρωτοπλανητικό δίσκο με σημάδια βαρυτικής αστάθειας μέσα του, αλλά έχει επίσης κάτι μοναδικό για μια τέτοια δομή:σπειροειδείς βραχίονες.

Ηλίας 2-27:A Unique and Chaotic Young Star System

Η παρουσία σπειροειδών βραχιόνων στον πρωτοπλανητικό δίσκο πιστεύεται ότι είναι το αποτέλεσμα διαταραχών που προκαλούνται από κύματα πυκνότητας σε όλο το αέριο και τη σκόνη που τον αποτελούν.

Είναι ο πρώτος δίσκος σχηματισμού άστρων που ανακαλύφθηκε με τέτοια χαρακτηριστικά. Όμως, για τον Paneque-Carreño σηματοδοτεί την παρουσία κάτι άλλου μέσα στο δίσκο, το χάος. Αυτή η χαοτική φύση προκαλεί επίσης ένα άλλο χαρακτηριστικό που δεν έχει δει ποτέ σε δίσκο όπως αυτό.

"Μπορεί να υπάρχει ακόμα νέο υλικό από το περιβάλλον μοριακό σύννεφο που πέφτει πάνω στο δίσκο, κάτι που κάνει τα πάντα πιο χαοτικά." λέει ο απόφοιτος του Universidad de Chile. «Το σύστημα Elias 2-27 αστέρων είναι εξαιρετικά ασύμμετρο στη δομή του αερίου. Αυτό ήταν εντελώς απροσδόκητο και είναι η πρώτη φορά που παρατηρούμε τέτοια κατακόρυφη ασυμμετρία σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο."

Είναι η διπλή διάτρηση αυτής της κάθετης ασυμμετρίας και των διαταραχών μεγάλης κλίμακας που δίνουν ανεβαίνουν σε μια σπειροειδή δομή που η Cassandra Hall, Επίκουρη Καθηγήτρια Υπολογιστικής Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Τζόρτζια, πιστεύει ότι έχει σημαντικές επιπτώσεις στις θεωρίες μας για το σχηματισμό πλανητών.

«Αυτό θα μπορούσε να είναι ένα «όπλο καπνίσματος» βαρυτικής αστάθειας , που μπορεί να επιταχύνει μερικά από τα πρώτα στάδια σχηματισμού πλανητών», λέει ο Hall, συν-συγγραφέας μιας από τις εργασίες που περιγράφουν λεπτομερώς αυτά τα ευρήματα. "Προβλέψαμε για πρώτη φορά αυτήν την υπογραφή το 2020 και από την άποψη της υπολογιστικής αστροφυσικής, είναι συναρπαστικό να έχουμε δίκιο."

Αυτή η έρευνα έλυσε το πρόβλημα της μέτρησης της μάζας ενός πρωτοπλανητικού δίσκου, αφαιρώντας έτσι ένα σημαντικό εμπόδιο στην κατανόηση του σχηματισμού πλανητών. Αυτό κατέστη δυνατό σε μεγάλο βαθμό λόγω της υψηλής ευαισθησίας των ζωνών παρατήρησης του ALMA, ιδιαίτερα της ζώνης 6 που καλύπτει φως με μήκος κύματος 1,1 έως 1,4 νανόμετρα σε συνδυασμό με τις ζώνες 3 και 7 – που καλύπτουν 2,6 – 3,6 nm και 0,8 -1,1 nm, αντίστοιχα.

«Οι προηγούμενες μετρήσεις της μάζας του πρωτοπλανητικού δίσκου ήταν έμμεσες και βασίζονταν μόνο σε σκόνη ή σπάνιους ισοτόπους. Με αυτή τη νέα μελέτη, είμαστε πλέον ευαίσθητοι σε ολόκληρη τη μάζα του δίσκου», λέει η επικεφαλής συγγραφέας της δεύτερης εργασίας Benedetta Veronesi, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στην École normale supérieure de Lyon. «Αυτό το εύρημα θέτει τα θεμέλια για την ανάπτυξη μιας μεθόδου μέτρησης της μάζας του δίσκου που θα μας επιτρέψει να σπάσουμε ένα από τα μεγαλύτερα και πιο πιεστικά εμπόδια στον τομέα του σχηματισμού πλανητών. "

Περισσότερα μυστήρια σχηματισμού πλανητών προς επίλυση

Παρόλο που αυτή η έρευνα έχει απαντήσει σε ορισμένα από τα ερωτήματα που αφορούν τη διαδικασία σχηματισμού πλανητών, όπως οι καλύτερες επιστημονικές ανακαλύψεις, έχει επίσης προκαλέσει νέα ερωτήματα.

«Ενώ οι βαρυτικές αστάθειες μπορούν τώρα να επιβεβαιωθούν για να εξηγήσουν τις σπειροειδείς δομές στο συνεχές σκόνης που περιβάλλει το αστέρι, υπάρχει επίσης ένα εσωτερικό κενό ή υλικό που λείπει στον δίσκο, για το οποίο δεν έχουμε σαφή εξήγηση», εξηγεί ο Paneque-Carreño. .

Πολλές από αυτές τις ερωτήσεις είναι δύσκολο να απαντηθούν λόγω της τεράστιας διαφοράς μεταξύ των χρονοδιαγραμμάτων στα οποία ζούμε και εκείνων που λαμβάνονται από τις διαδικασίες που γεννιούνται οι πλανήτες.

«Μελετώντας πώς Η μορφή πλανητών είναι δύσκολη γιατί χρειάζονται εκατομμύρια χρόνια για να σχηματιστούν πλανήτες. Αυτή είναι μια πολύ σύντομη χρονική κλίμακα για τα αστέρια, που ζουν χιλιάδες εκατομμύρια χρόνια, αλλά μια πολύ μακρά διαδικασία για εμάς», δήλωσε ο Paneque-Carreño. «Αυτό που μπορούμε να κάνουμε είναι να παρατηρήσουμε νεαρά αστέρια, με δίσκους αερίου και σκόνης γύρω τους, και να προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε γιατί αυτοί οι δίσκοι υλικού φαίνονται όπως είναι. Είναι σαν να κοιτάς έναν τόπο εγκλήματος και να προσπαθείς να μαντέψεις τι συνέβη. "

Ευτυχώς, ερευνητές όπως ο Paneque-Carreño, η Cassandra Hall και η Benedetta Veronesi είναι έτοιμοι να αντιμετωπίσουν αυτή τη μνημειώδη πρόκληση και να λύσουν τα εναπομείναντα μυστήρια του σχηματισμού πλανητών.

"Η παρατήρησή μας συνδυάστηκε με μελλοντική εις βάθος ανάλυση του Elias 2-27 θα μας επιτρέψει να χαρακτηρίσουμε ακριβώς πώς δρουν οι βαρυτικές αστάθειες στους δίσκους που σχηματίζουν πλανήτες και να αποκτήσουμε περισσότερη εικόνα για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες», καταλήγει ο Paneque-Carreño.